火用平衡分析（节能技术课件）

热平衡与节能技术火用的基本概念能量之间数量的关系热力学第一定律能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能自发进行？自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。自然界自发过程都具有方向性

热量由高温物体传向低温物体摩擦生热水自动地由高处向低处流动电流自动地由高电势流向低电势评定标准？如果同样重量的24K金子和18K金子相比较，问你哪个更有价值？同样数量的热和功，哪个利用价值更高一些？同是1000kg的饱和蒸汽和过热蒸汽哪个作功能力更大？

焓相同的情况下h1=h2p1p2w1w2w1>w2那种过程做功多？

内能相同情况下u1=u2p0p0w1w2w1>w2那种过程做功多？能得到什么结论？能量相同，做功能力不同（品位不同）如果从热力学第一定律分析，只能得到能量相等的结果节能不仅仅应该节省能量的消耗，还要根据能量的品位不同，按质用能。热力学第二定律分析1、火用的基本概念火用就是在周围环境条件下任意形式的能量中，理论上能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用或火用，用EX表示，单位为kJ(或J)，单位工质的火用称为比火用．用ex表示，单位为kJ／kg或kJ／Nm3。能量中不能转变为有用功的那部分能量称为该能量中的火无或火无，用An表示，单位质量的火无称为比火无，用an表示，其单位与火用相同。1.的基本概念热力学第一定律:在任何能量转换中，火用和火无的总量保持不变。热力学第二定律:每种能量都是由火用和火无两部分组成Ex与An

Ex的定义

当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其它能量形式的那部分能量，称为Ex

100%相互转换

功

能量中除了

Ex

的部分，就是

An

Ex作功能力三种不同品质的能量

1、可无限转换的能量如：机械能、电能、水能、风能理论上可以完全转换为功的能量高级能量

2、不能转换的能量理论上不能转换为功的能量

如：环境（大气、海洋）

3、可有限转换的能量理论上不能完全转换为功的能量低级能量

如：热能、焓、内能（Ex火用）（An火无）（Ex+An，火用＋火无）热平衡与节能技术火用的计算如何计算火用？T0是环境温度2、火用的计算

2.热力系统火用的计算从恒温热源吸取的热量Q可能做的最大功为卡诺循环所做的功

kJ

kJ

热力系统火用的计算稳定流动开口系统火用的计算工质从给定状态以可逆方式转变到环境状态,并且只与环境交换热量时所做出的最大有用功由能量平衡方程式:相应的火无为:从状态1可逆转变到状态2所能完成的最大功为:封闭系统火用的计算封闭系统火用的计算从给定状态到环境状态积分封闭系统的火无等于:从状态1可逆转变到状态2所能完成的最大功为:理想气体火用的计算利用理想气体状态方程也可以进行计算①温度火用②压力火用燃烧产物火用的计算式中

Qr——输入燃料热量，kJ／kg或N／Nm3；

Tll—理论燃烧温度，K；

erw——在理论燃烧温度下，燃烧产物的火用，kJ／kg或N／Nm3。

kJ/kg或kJ/Nm3

在完全燃烧的前提下，当过剩空气系数越小，燃烧产物的温度越高，其火用值越大。燃料火用的计算燃料与氧气完全燃烧反应后,以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大功。标准燃料火用：1个大气压，25℃时的燃料火用燃料火用=标准燃料火用+物理显火用（高温高压）应用朗特式简单算法固体燃料化学火用液体燃料化学火用气体燃料化学火用其它火用的计算低温物质的火用：潜热火用：当物质发生相变(融化或汽化)时，相变温度T保持不变，但需要吸收潜热r，潜火用实际上是指吸收热量r后产生的火用的变化，即：非压缩性流体的压力火用：非压缩性流体的压力火用（设密度为ρ）表示为：热平衡与节能技术火用分析评价与步骤火用的分类对应于系统与环境的关系可分为:物理火用和化学火用根据能量性质分类:热量火用、冷量火用、机械能火用按工艺过程分：输入火用、输出火用、燃料火用、排烟火用3、火用平衡与评价

火用平衡和火用效率

输入火用＝输出火用＋火用损失

正平衡法

反平衡法火用分析的评价准则

热力学完善度火用效率火用分析的分析准则

火用损系数λ为系统内某环节(设备或过程)的火用损与系统输人火用之比

火用损率σ为某过程或环节的火用损失与系统总火用损之比火用分析法步骤

对一个过程进行热力学分析，一般分为如下四步：⑴根据需要确定被研究的物系；⑵确定输入及输出的各物流、能源的工艺状况及热力学函数；⑶计算各物流、能流的火用；⑷对体系进行火用衡算，求出火用损失和火用效率。热平衡与节能技术火用分析实例火用分析法步骤

对一个过程进行热力学分析，一般分为如下四步：⑴根据需要确定被研究的物系；⑵确定输入及输出的各物流、能源的工艺状况及热力学函数；⑶计算各物流、能流的火用；⑷对体系进行火用衡算，求出火用损失和火用效率。锅炉火用平衡方程erx——燃料的物理显火用

eh——燃料的化学火用

ek——用外界热源预热空气时，热空气带入的火用值

egc——锅炉出口处工质的火用值

egs——锅炉给水带入的火用值

∑ess——锅炉各项火用损

4、锅炉火用分析实例工质的锅炉出口的火用给水带入锅炉的火用同样可按上式计算锅炉的火用损

ers——燃烧不可逆火用损

epy——排烟火用损

e3——化学未完全燃烧火用损

e4——固定碳的不完全燃烧火用损

ecs——传热不可逆火用损

e5——锅炉散热火用损

1.燃烧过程的火用损:等于燃料火用与燃料产物火用之差2.传热过程的火用损:在完全燃烧的情况下对于热水锅炉及原油加热炉,因无尾部受热面有尾部受热面的设备,分别计算,然后相加锅炉的火用损

计算3.散热的火用损:4.排烟火用损:5.换热过程火用损:6.化学反应火用(损):反应前后化学火用的差值放热反应,计入反应前物质,对于吸热反应,计入反应后物质锅炉提高效率的方法提高能源利用率的途径降低Q21.降低排烟热损失增加尾部受热面10%降低排烟温度1%/15-20℃大：160℃小250℃

布置空预器布置省煤器热泵热源清灰降阻合适的空气过量系数0.7%/0.12.提高运行水平降低Q3,Q4降低Q3,Q4燃料完全燃烧足够的空气助燃足够的炉膛温度足够的反应时间节能自动控制保持炉膛高温提高风粉温度提高炉膛温度提高锅炉火用效率的途径火用损